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新たな研究が、地球のコアの最深部に硬い金属球が存在する可能性を示唆する

何世代にもわたって、科学者は地震波研究によって地球の構造と組成を探ってきた。これは、地震によって引き起こされた衝撃波が地球のコア領域を貫通し、通過する際に測定するものだ。その速度の違い(異方性)から、どの地域が他の地域より密度が高いかを判断することが出来る。このような研究から、地殻とマントル(主にケイ酸塩鉱物で構成)、外核と内核(ニッケル・鉄で構成)の4つの層からなる地質モデルが主流となった。

オーストラリア国立大学(ANU)の地震学者によると、最近の研究で得られたデータから、地球の内核の最深部について新たな光が見えてきたという。『Nature Communications』誌に掲載された論文で、研究チームは、地球の内核の中心にある別の明確な層(固い金属球)、つまり “最内核”の証拠を見つけた事が報告されている。この発見は、地球の進化に新たな光を与え、従来の4つの層ではなく、5つの明確な層を含む地球の地質モデルの改訂につながる可能性がある。

この研究は、ANUの地球科学研究科(RSES)の博士研究員であるThanh-Son Pham博士と教授であるHrvoje Tkalcic博士がそれぞれ主導した。彼らが示すように、研究チームは過去10年間に発生したマグニチュード6以上の地震約200件の地震波データを積み重ねた。トリガーとなった波形は、世界中の地震観測所で記録されたもので、地球の中心を直接通り、地球の反対側(対蹠点)に移動した後、再び震源地に戻ってきたものだ。

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地球内部構造のイメージ図。(Credit: Argonne National Labs)

この波の移動時間から地球内核の異方性を測定した結果、地球内部の構造について、これまで知られていなかったデータが明らかになった。その中には、内核の最奥部に層状構造が存在する可能性があることも含まれていた。「内核の最内部に金属球が存在するという仮説は、20年ほど前にありました」と、ANUのプレスリリースでPham博士は述べている。「我々は今、その仮説を証明するための別の証拠を提供します」。

地震波の方向や移動時間から、高温高圧下での鉄原子の配列の違いや、成長する結晶の好ましい配置を知ることができる。研究チームは、跳ね返ってくる地震波を調べた結果、地震波が地球の中心付近のスポットをさまざまな角度から繰り返し探査していることを発見した。異なる地震による移動時間の変化を分析することで、コアの最奥部にある結晶化した構造には外層がある可能性が高いと推論したのだ。

研究チームによると、この発見は、波が内核の一番奥に侵入する際に、その侵入角度によって速度が速くなったり遅くなったりすることを説明できるかもしれない。

「密集した地震計ネットワークで記録された信号を増幅する技術を開発することで、地球の直径に沿って最大5回往復する地震波を初めて観測したのです。これまでの研究では、地球の直径方向に1回だけ跳ね返っていることが確認されていました。この発見は、地球の内核とその最深部を探る新しい方法を提供するものであり、非常にエキサイティングです」と、Pham博士は言う。

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世界の地震震源地、1963-1998年。 (Credit: NASA/DTAM)

この地震はアラスカで発生し、地震波は南大西洋のどこかで「跳ね返って」アラスカに戻ったという。ANUの研究チームによると、これらの発見は、地球の過去に、地球内核の結晶構造に大きな変化をもたらすような大きな地球規模の出来事があった可能性をも示唆しているとのことだ。したがって、地球の深部を研究することで、地球の進化の歴史についてより詳しく知ることができるかもしれないと、Tkalcic教授は述べている。

「この内核は、地球の進化の歴史のタイムカプセルのようなもので、地球の過去の出来事を知るための入り口となる化石的な記録です。何億年、何十億年前に地球で起こった出来事。地球最奥部の内核については、まだ多くの未解決の問題があり、この惑星の形成の謎を解く鍵が隠されている可能性があります」


論文

参考文献

研究の要旨

地球中心部の探査は、惑星の形成と進化を理解する上で極めて重要である。しかし、地球中心部に敏感な地震学的プローブがないため、地球物理学的な推論は困難であった。しかし、地球中心部の地震に敏感な地震計がないため、地球物理学的な推測は困難でした。そこで、地球中心部の地震に敏感な地震計で観測された波形を積み重ねることで、地球中心部の地震から5倍以上の反射波を観測しました。地震学の文献ではこれまで報告されていない、これらのエキゾチックな到着ペアの移動時間の差は、現在の情報を補完し、改善するものである。推定された横等方性の内核モデルは、厚さ約650kmの内核球を含み、地球の自転軸から50°の位置でP波の速度が4%遅くなることがわかった。一方、内核の外殻は、赤道面で最も遅い方向を示す弱い異方性を示している。この結果は、異方性で区別される最内核と、弱い異方性の外殻への移行を示す証拠を強化するもので、過去の重要な地球規模のイベントの化石的な記録である可能性がある。


この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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